農村飲水安全城鄉一體化供水工程規劃設計

楊亞倫，戴 梅

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

農村飲水安全城鄉一體化供水工程規劃設計

楊亞倫，戴 梅

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

通過對吳橋縣農村飲水安全供水城鄉一體化，將農村水廠統一由城區地表水廠供水，實行專業化管理，從根本上徹底解決水質不穩定、制水成本高、配套設施不完整、供水能力不足等問題，該規劃實施后，將建成以地表水為主、地下水為補充的集中供水網絡，形成較為完善的城鄉供水管理體系，實現安全供水城鄉一體化。

農村飲水安全；水源置換；城鄉一體化；管理

吳橋縣自2005年至2015年實施農村飲水安全工程以來，共建設農村聯村集中供水工程（以下簡稱農村水廠）25處，1000m3/d以上（千噸萬人）農村水廠14處，供水規模1.825萬m3/d；200～1000m3/d農村水廠11處，供水規模0.60萬m3/d；總投資9379萬元。其中中央投資5356萬元，地方投資4023萬元，解決了23.55萬人的飲水安全問題，并安裝一戶一表，按表收費標準。

1 供水工程

1.1 城區與農村供水區別

1.1.1 城區供水工程現狀

吳橋縣現有地下水廠設計供水能力1.0萬m3/d，供水點3處，深井8眼，深400～600m，現日供水量7500m3/d。城區供水管網直接延伸到桑園鎮及宋門鄉、曹洼鄉、安陵鎮的部分行政村，入戶水為合格的飲用水。

城區地表水廠在建規模近期為3.0萬m3/d，包括城區、桑園鎮，還有宋門鄉、曹洼鄉、安陵鎮的部分行政村。遠期為6.0萬m3/d。

1.1.2 農村供水現狀

吳橋縣現有農村水廠25處。供水主管道均通至各村村口，與村內管網相連，管道水直接入戶。但入戶水為地下水，含氟量高，只能作為洗衣、洗菜等日常生活用水，不能直接做為飲用水。目前村民日常飲用水為經過降氟處理后水質合格的桶裝水。

1.2 水污染現狀

吳橋縣境內主要河流為宣惠河和南運河。宣惠河為水功能區，現狀水質為水質劣Ⅴ類水體，目標為Ⅳ類。地表水不符合工業用水和生活飲用水標準，不能作為飲用水水源。

地下水主要分為淺層地下水和深層地下水。淺層地下水埋藏相對較淺（50m左右），與當地大氣降水或地表水體有直接補排關系的潛水或弱承壓水。由于其埋層淺，未經深層巖石過濾，水體極易被工廠排放的污水和農田殘留的農藥污染，不適合飲用。

深層地下水（埋藏150m以上），其水質較好，適宜作為飲用水水源，但含氟量較高，需進行降氟處理。

2 農村飲水安全工程規劃設計

吳橋地區農村飲水安全工程以水源置換為重點，在加強現有供水工程管護、維修、擴建，保障供水能力的基礎上，將南水北調地表水廠與農村水廠連通；充分利用優質地表水源，替代高氟水、苦咸水等劣質水源，從根本上解決農村群眾飲用高氟水、苦咸水問題。考慮當地鄉（鎮）村及人口分布狀況、城鎮化發展趨勢、區域內外可利用水源、地形條件等因素，與當地城鎮發展和水資源中長期規劃等相協調；結合南水北調水、黃河水，規劃到2020年，實現城鄉供水一體化。

2.1 水源置換工程

2.1.1 水量供需分析

2.1.1.1 供水水源

吳橋縣現狀地表水供水水源：①南水北調水，每年供水628萬m3；②引黃水，每年購買2000萬m3灌溉用水及500萬m3生活用水，用來彌補農業和生活用水不足。

2.1.1.2 城區需水量預測

根據吳橋縣各項經濟發展指標，參照我國類似城市給水設施概略性需水指標，依照GB50013—2014《室外給水設計規范》，按綜合生活用水量、工業企業用水量、澆灑道路和綠地用水量、管網漏損水量、消防用水量，對城區需水量進行分項預測。

（1）綜合生活用水為居民生活用水和公共建筑用水。河北省地區中小城市最高日生活綜合用水定額為150～240L/人·d。據統計城區每年實際用水量437萬m3，實際用水人口8.4萬人（城區、常住、部分村鎮），實際每天平均用水量143L/人·d，故確定綜合用水指標現狀150L/人·d。

（2）由于各行各業用水定額比較復雜，根據SL429—2008《水資源供需預測分析技術規范》，需水預測采用預測工業增加值乘以工業萬元增加值需水定額計算。考慮工業生產工藝逐年完善和改進，工業用水量預測可按每年耗水定額下降1%～5%計算。

根據（2013～2030）《吳橋城鄉規劃》國民經濟發展目標，2020年年均工業增長增加值率8.5%、2030年均工業增長增加值率7.0%。

（3）除城區地表水廠主要供給居民生活用水和工業企業用水外，澆灑道路、廣場和綠地用水由吳橋縣污水處理廠的中水供給。

（4）管網漏損水量按綜合生活用水和工業企業用水量之和10%計算。

（5）未預見水量按綜合生活用水、工業企業用水和管網漏損水量之和10%計算。

（6）結合縣城具體情況，按同時發生2起火災考慮，一次滅火用水量35L/s，火災延續時間2h。則消防1次用水量504m3/d。消防用水應存儲于清水池中，一般情況下應保證不被動用。消防用水不計入總用水量。

綜合以上，城區需水量，2015基準年為2.033萬m3/d，2020年為3.659萬m3/d，2030年5.916萬m3/d。

2.1.1.3 農村需水量預測

農村人均最高日生活用水指標按80L/人·d計算，則現狀農村人口需水量1.65萬m3/d。依據（2013～2030）《吳橋縣城鄉總體規劃》，2020年，城鄉總人口33.2萬人，城區中心人口達到14.0萬人，則農村人口19.2萬人，需水量1.538萬m3/d。2030年，城鄉總人口39萬人，城區中心人口達21.7萬人，則農村人口17.3萬人，需水量1.384萬m3/d。另宋門工業園區生活用水0.3萬m3/d，則農村飲水安全需水量現狀1.95萬m3/d，2020年1.836萬m3/d，2030年1.684萬m3/d。

2.1.1.4 供需平衡分析

吳橋縣已建城區地表水廠近期規模為3.0萬m3/d，遠期規模擴建到6.0萬m3/d。水量供需平衡如表1。

表1 水量供需平衡 單位：萬m3/d

通過表1可知，現狀城區地表水廠水量供水能力有富余，但也只能滿足部分農村需求；近期2020年加上原有地下水廠的1.0萬m3/d，滿足城區用水要求；遠期2030年6.0萬m3/d的規模，僅滿足城區用水要求。為提升農村供水質量，實現供水城鄉一體化，故農村飲水安全需擴建城區地表水廠1.6萬m3/d。

2.1.2 城區地表水廠擴建規模

通過對城區和農村飲水安全水量供需平衡分析，2020年需水量差額1.495萬m3/d，2030年需水量差額1.6萬m3/d。按遠期農村飲水安全需水量考慮，城區地表水廠擴建規模1.6萬m3/d。

2.1.3 管線連通工程規劃

吳橋縣現狀農村飲水安全為城鄉結合，其中縣城自來水管網延伸覆蓋行政村數50個。本次規劃將25處農村水廠統一由城區地表水廠供水。為實現供水城鄉一體化，現有水廠管線連通工程數25處，連通管線長112.28km，投資7340萬元，新增受益人口20.66萬人。

2.2 城區地表水廠擴建工程

吳橋縣農村飲水安全水源置換工程需擴建城區地表水廠，擴建規模1.6萬m3/d。擴建水廠工程占地面積1.76hm2。水廠供水工藝采用混凝、沉淀、過濾、消毒常規處理方法。廠區擴建工程由凈水車間、清水池、送水泵房、污泥處理設施、加藥間等附屬建筑物組成，建筑物面積3800m2。

2.3 管線連通工程管材選擇

目前我國生產使用的大口徑輸水管材主要有鋼管（SP）、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、球墨鑄鐵管（DIP）和PE復合管（PE）。

2.3.1 鋼管（SP）

鋼管雖然具有管材重量輕、強度高、管道接口精度高、供水安全性好、對各種地形和地質條件適應性強、運輸及施工相對較容易的優點。在采用適當的內、外防腐和電化學保護措施以后，管道使用壽命亦可達40年以上，其缺點是該管材綜合費用較高。

2.3.2 預應力鋼筒混凝土壓力管（PCCP）

預應力鋼筒混凝土壓力管（PCCP）同時兼有鋼管和混凝土管的優點，管道承插口采用鋼板冷加工成型、公差配合，加工精度高；插口密封采用雙膠圈，密閉性能好；可隨安裝、隨試壓，具有方便、快捷的優點。其缺點是管材自重較大。

2.3.3 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管是選用優質生鐵，采用水冷金屬型模離心澆注技術，并經退火處理，獲得穩定均勻的金相組織，能保持較高的延伸率，故亦稱可延性鑄鐵管。球墨鑄鐵管均采用柔性接口。由于其具有較高的抗拉強度和延伸率，而且具有較好的韌性、耐腐蝕性、抗氧化性、耐高壓等優良性能，故被廣泛運行于有壓輸水、輸氣等。其功能與價格比是其他管材無法替代的理想管材。

2.3.4 PE復合管

PE管近年來發展很快，是典型的柔性管。具有內壁光滑不結垢，水頭損失小，耐腐蝕，重量輕，加工和接口方便等特性。易于施工，減少開槽土方量，可不設剛性基礎，而以碎石、黃沙代替。減輕勞動強度，節省工時和施工費用。

綜上所述，本輸水工程設計的推薦管材為球墨鑄鐵管與PE復合管組合的形式，即正常敷設段管徑d>DN300采用球墨鑄鐵管，管徑d≤DN300采用PE復合管。

2.4 管網水力

2.4.1 管道糙率

在輸水管道計算中，對管徑計算影響較大的是管道糙率系數的取值。

2.4.1.1 球墨鑄鐵管

球墨鑄鐵管內壁采用了與焊接鋼管內防腐相同的水泥砂漿襯里方式，其管道內壁糙率與鋼筒混凝土管內壁糙率相近。根據CECS10：89《埋地給水鋼管道水泥砂漿襯里技術標準》中規定，鋼管采用水泥砂漿襯里后粗糙系數n值應不大于0.012。由于本輸水線路局部阻力損失按照沿程阻力損失10%進行計算，則粗糙系數取值確定為n=0.0122。

2.4.1.2 PE復合管

由于PE管材水力條件好、內壁光滑，不結垢，水流阻力小，其糙率系數在0.008～0.01。本次計算n=0.010。

2.4.2 水力計算

管道總水頭損失應該等于沿程水頭損失及局部水頭損失之和，局部水頭損失按沿程水頭損失10%計算。管線沿程水頭損失計算公式：

經推導

式中 Hi為沿程水頭損失（m）；L為管道長度（m）；V為均流速（m/s）；C為謝才系數；R為水力半徑（m）；n為粗糙系數；Q為設計流量（m3/s）。

根據計算，最不利管線城區地表水廠～陳揚農村水廠損失25.3m，最不利點末端預留水頭5m。

2.5 管道埋深的確定

本工程區域最大凍土深度44cm。管頂覆土深度主要取決于冰凍厚度、外部荷載、管材強度、管道交叉及土壤地基等因素。根據穿越工程的具體情況，經綜合考慮并計算，輸水管道最小覆土深度不小于1.5m。

2.6 水質化驗室

按照“縣級統籌、合理布局、資源共享”的原則，農村飲水安全水質檢測依托縣自來水公司水質檢測并在此基礎上進行改擴建，建立縣級水質檢測中心。在地表水廠配套水質化驗室1處，以提升工程水質檢測水平和檢測能力，滿足農村供水工程的常規水質檢測需求。日常水質檢測項目為42項，頻率為半年1次。

為保證飲水水源長期運用，進一步健全水質衛生常規監測制度，完善農村飲水水質監測網絡，在有條件的村鎮供水廠開展水質自檢工作。

每個供水站需配套6參數常規水質（pH、色度、嗅和味、混濁度、肉眼可見物、余氯（CLO2）檢測設備。對于專項檢測供水調度中心與衛生部門配合進行水質檢測，做到資源共享。

3 結語

（1）該工程規劃實施后，吳橋縣實現供水城鄉一體化，解決473個村、23.55萬人的飲水水質問題。

（2）通過規劃實施，建立縣、鄉鎮兩級水質檢測網絡。

（3）通過水源置換，地下水開采大幅度減少，每年壓采地下水521.4萬m3，逐漸緩解吳橋地面沉降的發展趨勢。

［1］河北省水利水電勘測設計研究院.河北省吳橋縣農村飲水安全鞏固提升工程“十三五”規劃［R］.2016.

［2］戴乙，王立明.海河流域農村地下飲用水源污染研究［J］.海河水利，2007（4）.

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［6］劉建強，金麗．農村飲水安全工程水資源開發與保護技術研究［J］．水利水電技術，2005（11）.

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Rural drinking water safety and water supply engineering planning and design of urban and rural integration

YANG Ya-lun，DAI Mei
（Hebei Research Institute of Investigation&Design of Water Conservancy&Hydropower，Tianjin 300250，China）

Through the integration of urban and rural water supply engineering of Wuqiao county，the rural waterworks will be supplied with the urban surface water works.The professional management can fundamentally solve the problems on the aspects of water quality，cost，facilities and water supply capacity.Accdording to the planning，a perfect urban and rural water supply management system will be formed with the central water supply network，which with a majority of surface water and supplemented by groundwater，it guarantees the security of water supply of urban and rural integration.

rural drinking water safety；water displacement；the integration of urban and rural areas；management

TV213.4

B

1672-9900（2017）05-0042-04

2017-08-30

楊亞倫（1962-），男（漢族），河北石家莊人，正高級工程師，主要從事水利水電工程設計，（Tel）022-26157689。

（責任編輯：尹健婷）